杂原子掺杂的非贵金属碳基材料作为微生物燃料电池（microbial fuel cells,MFCs）的氧还原反应（oxygen reduction reaction,ORR）催化剂,是商用Pt/C催化剂的理想代替品之一。污泥含有丰富的有机物质、无机物质和过渡金属离子等,是ORR催化剂合适的前驱体。本论文分别利用造纸污泥和电镀污泥作为含有金属源的碳基材料,均通过三聚氰胺进行N掺杂和高温碳化技术合成了PMS-CNT/C-b和N-EPS-CNT/C-（1:2）材料。通过分析材料的物理结构和化学组成等特性研究PMS-CNT/C-b和N-EPS-CNT/C-（1:2）作为催化剂的形成过程,通过电化学技术和MFCs技术研究它们的ORR电催化性能。主要结果如下:（1）造纸污泥是造纸废水处理过程中的一种半固体或浓缩固体残留物。我们利用造纸污泥和三聚氰胺通过简单的高温碳化过程生成了含Fe-Nx活性位点的中空多孔碳纳米复合材料（PMS-CNT/C-b）。通过扫描电子显微镜技术（SEM）和透射电子显微镜技术（TEM）表征显示了三聚氰胺和Fe成分共同促进碳纳米管结构的形成。通过X射线光电子能谱分析（XPS）可知PMS-CNT/C-b含有C、O、N、S和Fe等元素。三聚氰胺的添加,增加了吡啶N、Fe-Nx、吡咯N和石墨N等活性位点。PMS-CNT/C-b在O₂饱和0.1 M KOH溶液中不仅起始电位（0.99 V（vs.RHE））与商用Pt/C催化剂一致,而且其半波电位（0.77 V（vs.RHE））高出Pt/C催化剂10 m V。该催化剂在O₂饱和0.05 M PBS溶液也表现出良好的ORR催化活性。此外,其在碱性中具有良好的耐甲醇干扰性和稳定性。在MFCs的实际运行中可获得最高为675.72W/m²,高于Pt/C催化剂（580.46 W/m²）,是一种高效的ORR催化剂。（2）电镀污泥是一种来自电镀行业含有重金属并以复杂的液固体混合物形式存在的废弃物。由于电镀污泥含有难降解的有机碳、少量不稳定的有机化合物以及丰富多样的过渡金属,例如Fe、Cu和Ni等,与三聚氰胺共同作用最终制得碳纳米管催化剂N-EPS-CNT/C-（1:2）。该催化剂的N吸附比表面积测试（BET）表明吸附等温线属于I型,孔径分布介于微孔和中孔之间。XPS技术表明三聚氰胺的添加,N-EPS-CNT/C-（1:2）中N和C含量明显增加,分别增加到～2.7倍和～3.6倍。其中,活性N以吡啶N、Fe-Nx和吡咯N/石墨N的形式存在。X-射线衍射测试（XRD）结果表明,在2θ=42.8°和44.7°处出现尖锐的Fe-Nx衍射峰,表明生成了活性位点。通过电化学活性测试可知,该材料在中性和碱性介质中均表现出良好的ORR电催化性能,并且在MFCs的实际运行中也有不错的效果,其最高功率密度为831.75 W/m²,略高于Pt/C催化剂（793.55 W/m²）。总结,在无需额外添加金属源的条件下通过三聚氰胺的引用获得金属和N掺杂的碳纳米材料,制备所得的材料与Pt基催化剂相比表现出良好的ORR性能。该方法具有成本低和环境友好等特点,为污泥的利用以及N掺杂的非贵金属ORR催化剂的制备提供新思路。